Embed Size (px)
Citation preview
Deel 3: lichtbreking
1
Cursus pag 167
2
A: Neem een doorschijnend glas met en zonder water en doe er een potlood in
B: Leg een dikke glasplaat op een boek
Waarneming A)Het lijkt alsof er een “knik “ zit in het potlood B) Het lijkt alsof de letters verschoven zijnAl die verschijnselen zijn het gevolg van lichtbreking
3
Proef LichtbrekingProef Lichtbreking
De lichtbundel verplaatst zich De lichtbundel verplaatst zich rechtlijnigrechtlijnig door door dede luchtlucht..
luchtlucht
luchtlucht
De lichtbundel verplaatst zich rechtlijnig door de lucht.De lichtbundel verplaatst zich rechtlijnig door de lucht.
De lichtbundel verplaatst zich De lichtbundel verplaatst zich rechtlijnigrechtlijnig door door het waterhet water..
luchtlucht
waterwater
Proef LichtbrekingProef Lichtbreking
Lucht, water en plexiglas noemt menLucht, water en plexiglas noemt men
optische middenstoffenoptische middenstoffen.
• Lucht is een optisch Lucht is een optisch ijle ijle middenstofmiddenstof
t.o.v. water en plexiglas.t.o.v. water en plexiglas.
• Water is een optisch ijle middenstof Water is een optisch ijle middenstof
t.o.v. plexiglas en t.o.v. plexiglas en
• een optisch een optisch dichte dichte middenstof t.o.v. lucht.middenstof t.o.v. lucht.
De indeling in optische ijle en optische dichte middenstoffen hang af van De indeling in optische ijle en optische dichte middenstoffen hang af van de snelheid dat het licht heeft in de ene middenstof t.o.v. de snelheid in de de snelheid dat het licht heeft in de ene middenstof t.o.v. de snelheid in de andere middenstof.andere middenstof.
Proef LichtbrekingProef Lichtbreking
De lichtbundel verandert van richting bijDe lichtbundel verandert van richting bijovergang van de ene naar een andere optische middenstof.overgang van de ene naar een andere optische middenstof.
luchtluchtscheidingsvlakscheidingsvlak
waterwater
Dit verschijnsel noemt men Dit verschijnsel noemt men lichtbreking.lichtbreking.
Proef lichtbrekingProef lichtbreking
Lichtstralen veranderen van richting bij overgang van de ene naar de ander optische middenstof.
Dit verschijnsel noemen we lichtbreking Een lichtstraal die loodrecht invalt op het
scheidingsoppervlak tussen 2 stoffen loopt echter ongebroken voort !
8
??
??
??
????
lichtbronlichtbron??
halfcirkelvormig halfcirkelvormig plexiglas schijfjeplexiglas schijfjeinvallende invallende
straalstraal
invalspuntinvalspunt
gebroken gebroken straalstraal
normaalnormaal
ii ??
invalshoekinvalshoek
rr ?? brekingshoekbrekingshoek
Symbolen lichtbrekingSymbolen lichtbrekingSymbolen lichtbrekingSymbolen lichtbreking
N = normaalI^ = invalshoek
R^ = brekingshoek
i = invallende straal,
r = gebroken straal
10
In deze figuur is de brekingshoek KLEINER dan de invalshoek.◦ Je spreekt dan van “breking naar de normaal toe”.
Bij overgang van water naar lucht is de brekingshoek GROTER dan de invalshoek◦ Je spreekt dan van “ breking van de normaal weg”
Verloopt de breking naar de normaal toe dan zeg je dat de tweede middenstof optisch dichter is dan de eerste, verloopt de breking van de normaal weg dan is de tweede middenstof optisch ijler dan de eerste
11
12
scheidingsvlakscheidingsvlak
gebrokengebrokenstraalstraal
luchtlucht
plexiglasplexiglas
invallendeinvallendestraalstraal
NN
ii
tt
Wetten van de lichtbrekingWetten van de lichtbreking : « 1 »
Wetten van de lichtbrekingWetten van de lichtbreking : « 1 »
LichtstraalLichtstraal
van lucht naar plexiglasvan lucht naar plexiglas
10°10° 6°45’6°45’
ii rr
?? ??
LichtstraalLichtstraal
van lucht naar plexiglasvan lucht naar plexiglas
20°20° 13°30’13°30’
ii rr
10°10° 6°45’6°45’
?? ??
Wetten van de lichtbrekingWetten van de lichtbreking : « 1 »
LichtstraalLichtstraal
van lucht naar plexiglasvan lucht naar plexiglas
ii rr
20°20°
10°10°
13°30’13°30’
6°45’6°45’
30°30° 20°20°?? ??
Wetten van de lichtbrekingWetten van de lichtbreking : « 1 »
LichtstraalLichtstraal
van lucht naar plexiglasvan lucht naar plexiglas
ii rr
20°20°
10°10°
30°30°
13°30’13°30’
6°45’6°45’
20°20°
40°40° 26°26°?? ??
Wetten van de lichtbrekingWetten van de lichtbreking : « 1 »
LichtstraalLichtstraal
van lucht naar plexiglasvan lucht naar plexiglas
ii rr
20°20°
10°10°
30°30°
40°40°
13°30’13°30’
6°45’6°45’
20°20°
26°26°
?? ??50°50° 31°30’31°30’• De lichtstraal gaat van eenDe lichtstraal gaat van een optisch IJLERE middenstof naar eenoptisch IJLERE middenstof naar een optisch DICHTERE middenstof. optisch DICHTERE middenstof.
• ii > > rr • De lichtstraal breekt naar deDe lichtstraal breekt naar de normaal toe.normaal toe.
Wetten van de lichtbrekingWetten van de lichtbreking : « 1 »
LichtstraalLichtstraal
van van luchtlucht naar plexiglas naar plexiglas
ii rr
0°0° 0°0°?? ??
Wetten van de lichtbrekingWetten van de lichtbreking : « 2 »
LichtstraalLichtstraal
van van luchtlucht naar plexiglas naar plexiglas
ii rr
0°0° 0°0°
• ii = = rr = 0° = 0°
• Een loodrecht invallendeEen loodrecht invallende lichtstraal gaat rechtdoor.lichtstraal gaat rechtdoor.
LichtstraalLichtstraal
van plexiglas naar van plexiglas naar luchtlucht
ii rr
0°0° 0°0°?? ??
Wetten van de lichtbrekingWetten van de lichtbreking : « 2 »
LichtstraalLichtstraal
van plexiglas naar luchtvan plexiglas naar lucht
10°10° 15°30’15°30’
ii rr
?? ??
Wetten van de lichtbrekingWetten van de lichtbreking : « 3 »
LichtstraalLichtstraal
van plexiglas naar luchtvan plexiglas naar lucht
20°20° 31°30’31°30’
ii rr
10°10° 15°30’15°30’
?? ??
Wetten van de lichtbrekingWetten van de lichtbreking : « 3 »
LichtstraalLichtstraal
van plexiglas naar luchtvan plexiglas naar lucht
ii rr
20°20°
10°10°
31°30’31°30’
15°30’15°30’
30°30° 48°30’48°30’?? ??
Wetten van de lichtbrekingWetten van de lichtbreking : « 3 »
LichtstraalLichtstraal
van plexiglas naar luchtvan plexiglas naar lucht
ii rr
20°20°
10°10°
30°30°
31°30’31°30’
15°30’15°30’
48°30’48°30’
40°40° 74°30’74°30’?? ??
Wetten van de lichtbrekingWetten van de lichtbreking : « 3 »
LichtstraalLichtstraal
van plexiglas naar luchtvan plexiglas naar lucht
ii rr
20°20°
10°10°
30°30°
40°40°
31°30’31°30’
15°30’15°30’
48°30’48°30’
74°30’74°30’
?? ??41°30’41°30’ 90°90°
• De lichtstraal gaat van een De lichtstraal gaat van een optisch dichte middenstof naar optisch dichte middenstof naar een optisch ijlere middenstof. een optisch ijlere middenstof.
• ii < < rr
• De lichtstraal breekt van de De lichtstraal breekt van de normaal weg.normaal weg.
Wetten van de lichtbrekingWetten van de lichtbreking : « 3 »
De invallende straal, de gebroken straal en de normaal liggen in eenzelfde vlak(ken )
Bij overgang van een optisch ijlere naar een optisch dichtere stof breekt een schuin invallende lichtstraal naar de normaal toe◦ De invalshoek is groter dan de brekingshoek. (^i>^r)
Bij overgang van een optisch dichte naar een optisch ijlere stof breekt een schuin invallende lichtstraal van de normaal weg. ◦ De invalshoek is kleiner dan de brekingshoek. (^i < ^r)
Een loodrecht invallende lichtstraal gaat rechtdoor De grootte van de brekingshoek is afhankelijk van de grootte
van de invalshoek en van de aard van de middenstoffen.
26
Lichtbreking is het verschijnsel waarbij de lichtstralen van richting veranderen bij overgang van de ene naar een andere optische middenstof.
De brekingshoek ( ^r ) is de hoek gevormd tussen de normaal en de gebroken straal.
De invallende straal, de gebroken straal en de normaal liggen in eenzelfde vlak, loodrecht op het scheidingsoppervlak
.
27
Bij overgang van een optisch ijlere naar een optisch dichtere stof is er een breking naar de normaal toe ◦ De invalshoek is groter dan de brekingshoek (^i>^r) ◦ Bij overgang van een optisch dichte naar een optisch ijlere
stof is er een breking van de normaal weg ◦ De invalshoek is kleiner dan de brekingshoek. (^i < ^r)
Een loodrecht invallende lichtstraal gaat rechtdoor De stralengang is omkeerbaar. De grootte van de brekingshoek is afhankelijk van de
grootte van de invalshoek en van de aard van de middenstoffen.
28
Cursus pag 172
29
Hoe komt het dat we een vis hoger zien dan waar hij werkelijk zit?
We zien het voorwerp altijd in het verlengde van de straal die invalt op het netvlies : “ schijnbare verhoging van de vis”
Lichtstralen afkomstig van een voorwerpspunt onder water schijnen te komen uit een virtueel beeld dat hoger ligt dan het voorwerpspunt
30
VV
BB
Verklaring schijnbare verhoging Verklaring schijnbare verhoging (schematisch)(schematisch)
BB
VV
i < r
i < rii ii
rrrr
Schijnbare verhogingSchijnbare verhoging
waterwater
luchtlucht
De dichtheid van de lucht vermindert met de hoogte, daardoor ondergaat een lichtstraal die de dampkring binnendringt een reeks brekingen.
Als gevolg van de breking zie je de zon hoger staan dan het zich in werkelijkheid bevindt
33
Cursus pag 174
34
De totale terugkaatsingDe totale terugkaatsing
LichtstraalLichtstraal
van plexiglas naar van plexiglas naar luchtlucht
ii rr
41°30’41°30’ 90°90°?? ??
• Is Is rr = 90° in een optisch ijlere = 90° in een optisch ijlere middenstof dan noemt men de middenstof dan noemt men de overeenkomende invalshoek overeenkomende invalshoek i i dede grenshoekgrenshoek g. g.
• Voor plexiglas isVoor plexiglas is de grenshoek de grenshoek gg = 41°30’. = 41°30’.
LichtstraalLichtstraal
van plexiglas naar van plexiglas naar luchtlucht
ii rr
41°30’ = 41°30’ = gg 90°90°
?? ??
ii rr
42° 42° 42°42°
• Het verschijnsel waarbij deHet verschijnsel waarbij de lichtstraal niet breekt maar wordtlichtstraal niet breekt maar wordt teruggekaatst noemt men teruggekaatst noemt men totale terugkaatsingtotale terugkaatsing..
ii > > gg geen brekinggeen breking rr wordt wordt tt
De totale terugkaatsingDe totale terugkaatsing
LichtstraalLichtstraal
van plexiglas naar van plexiglas naar luchtlucht
ii rr
41°30’41°30’ 90°90°
ii tt
42°42° 42°42°
50°50° 50°50°????
Totale terugkaatsing doet zich voor als: Totale terugkaatsing doet zich voor als:
• het licht in een optisch dichterehet licht in een optisch dichtere middenstof vertrekt; middenstof vertrekt;
• ii > > gg..
De totale terugkaatsingDe totale terugkaatsing
De totale terugkaatsingDe totale terugkaatsing
Het verschijnsel waarbij geen enkel lichtstraal breekt, maar alle lichtstralen teruggekaatst worden noemt men totale terugkaatsing
De grenshoek g is de invalshoek in een optisch dichtere middenstof waarbij de brekingshoek 90° is
Totale terugkaatsing doet zich voor als◦ Het licht in een optisch dichtere middenstof vertrekt◦ De invalshoek groter is dan de grenshoek
39
40
Leerstof verwerken
1 kennis
1 invallende straal, 2 invalspunt, 3 scheidingsoppervlak of grensoppervlak,
4 normaal, 5 gebroken straal, 6 optisch ijlere stof, 7 optisch dichtere stof, 8 invalshoek, 9 brekingshoek
2 Wetten van de breking kennis
de invallende straal, de gebroken straal en de normaal liggen in één vlak, loodrecht op het scheidingsoppervlak
bij overgang van optisch ijler naar optisch dichter is er een breking naar de normaal toe. Bij overgang van optisch dichter naar optisch ijler is er breking van de normaal weg. Die breking vindt plaats als de invalshoek kleiner of gelijk is aan de grenshoek. Als de grenshoek overschreden wordt is er totale terugkaatsing binnen de optisch dichte stof. De breking is afhankelijk van de soort middenstof (en van de kleur van het gebruikte licht)
de stralengang is omkeerbaar
3 Omschrijf met je eigen woorden kennis
a. grenshoek is de maximale brekingshoek bij overgang van een optisch ijlere naar eenoptisch dichtere stof (invalshoek 90°)
b. totale terugkaatsinghet verschijnsel dat optreedt als de lichtstraal bij een overgang vanoptisch dichtere naar optisch ijlere stof invalt onder een hoek die groter is dan de grenshoek. Er treedt geen breking op, de lichtstraal treedt niet uit de optisch dichtere stof maar kaatst volledig terug binnen de optisch dichtere stof.
c. een prismain de optica is een prisma een doorzichtig voorwerp met twee snijdende vlakken. Het is meestal een rechthoekig prisma: grond- en bovenvlak zijn twee evenwijdige driehoeken en de drie zijvlakken staan loodrecht op grond- en bovenvlak.
d. schijnbare verhoging is het verschijnsel waarbij een voorwerp ondergedompeld in eenvloeistof hoger wordt waargenomen dan het in werkelijkheid is.
4 kennis
a. Er treedt lichtbreking op als een lichtstraal overgaat van de ene middenstof naar deandere als ze invalt onder een bepaalde hoek. Bij loodrechte inval wordt de straal nietgebroken. Bij overgang van optisch dicht naar optisch ijler is er enkel breking zolang deinvalshoek kleiner of gelijk is aan de grenshoek.
b. Er is totale terugkaatsing bij de overgang van optisch dicht naar optisch ijler indien de invalshoek groter is dan de grenshoek.
5 kennis
6 inzichta. antwoord 2b. antwoord 6
7 linksboven: fout, de breking moet gebeuren van de normaal weg
rechtsboven: fout, totale terugkaatsing treedt niet op bij overgang van een ijler naar een dichtere middenstof en een van de pijltjes staat fout
linksonder: fout, breking moet naar de normaal toe
rechtsonder: fout, bij loodrechte inval is er geen breking
8 inzicht
a, b, d, f zijn fout
Figuur c en e zijn correct als de invalshoek op de zijde van het prisma groter is dan de grenshoek en dat is hoogstwaarschijnlijk het geval.
9 De invalshoek I is 57°, dus groter dan de grenshoek. Figuur b is de correcte oplossing: er is totale terugkaatsing.
10
11 toepassen
Hij denkt dat de vis zich bevindt op plaats 1: de gebroken straal komt in het oog van de visser.
Hij situeert het voorwerp in het verlengde van die straal (rechtlijnige voortplanting van het licht). In werkelijkheid moet hij lager mikken op plaats 2.
12 toepassen
De invallende straal valt in onder een hoek I1 en breekt onder een hoek R1. Vermits de zijden van de plaat evenwijdig zijn de hoeken R1 en I2 gelijk. Wegens de omkeerbaarheid van de stralengang zal de hoek R2 gelijk zijn aan I1 . Uit de gelijkheid der hoeken volgt het evenwijdig zijn van de lichtstralen.
13toepassen
13. Figuur: breking aan het prisma
14zelftest
15zelftest
a. nummer 3b. i = 49°c. r = 72°
Het beeld bevindt zich symmetrisch t.o.v. het wateroppervlak
16
17zelftest
Antwoord a
door de schijnbare verhoging ziet hij de vis hoger dan hij in werkelijkheid zit, dus moet hij dieper toehappen.
18
19zelftest
In de doos zit een planparallelle plaat
23zelftest
De warme luchtlagen dicht tegen de warme aarde zijn ijler dan de koudere luchtlagen. Er gebeurt dus een breking van optisch dicht naar optisch ijler, dus van de normaal weg. Op bepaald ogenblik is de invalshoek groter dan de grenshoek en is er totale terugkaatsing. De waarnemer echter situeert het voorwerp in het verlengde van de straal die in zijn oog komt en ziet de voorwerpen en de lucht als een spiegeling op de grond.
25zelftest
Dat zou een mogelijke stralengang kunnen zijn. De hoeken moeten berekend worden met een wiskundige formule(brekingswet). Het is mogelijk dat de stralen iets meer verticaal uit het prisma treden, zodat de deviatie nagenoeg 100° is. In elk geval is het beeld rechtopstaand. De wielrenner ziet de wereld niet op zijn kop.
